中國(guó)近代建筑混合結(jié)構(gòu)類型分析

都超鋒 奚江琳 孫 威

(解放軍理工大學(xué)，江蘇南京 210007)

中國(guó)近代建筑混合結(jié)構(gòu)類型分析

都超鋒 奚江琳 孫 威

(解放軍理工大學(xué)，江蘇南京 210007)

介紹了中國(guó)近代建筑的磚(石)木混合結(jié)構(gòu)、磚(石)鋼骨混凝土混合結(jié)構(gòu)、磚(石)鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)三種基本結(jié)構(gòu)類型的特點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際案例，探索了近代建筑結(jié)構(gòu)的演變及其混合形態(tài)的復(fù)雜性，為現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了思路。

近代建筑，混合結(jié)構(gòu)，墻體，屋架

0 引言

1840年鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)以后，西方建筑文化和技術(shù)的輸入使中國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)體系發(fā)生了前所未有的變化，產(chǎn)生了多樣的混合結(jié)構(gòu)類型。對(duì)近代建筑結(jié)構(gòu)的研究有助于理解建筑結(jié)構(gòu)演變的規(guī)律和特定時(shí)期的特殊案例的典型意義。有建筑學(xué)專業(yè)的學(xué)者在近代建筑研究中對(duì)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)變遷有一定的探索與描述，結(jié)構(gòu)學(xué)科的概論中關(guān)于結(jié)構(gòu)發(fā)展的細(xì)節(jié)闡述甚少，故這方面的研究依舊相對(duì)匱乏。本文以他人的研究成果為基礎(chǔ)結(jié)合實(shí)際案例對(duì)中國(guó)近代建筑混合結(jié)構(gòu)做初步的探索。

1 近代建筑混合結(jié)構(gòu)三種基本類型及其運(yùn)用

在近代中西建筑體系的交匯與融合以及不同材料的發(fā)展與使用兩者作用下，中國(guó)近代建筑結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出一種混合的模式。

1.1 中國(guó)近代磚(石)木混合結(jié)構(gòu)

首先傳入中國(guó)的為磚(石)木混合結(jié)構(gòu)。豎向承重體系采用墻體承重為該結(jié)構(gòu)的一大特點(diǎn)，墻體以磚砌而成。樓層與屋架充當(dāng)建筑的水平結(jié)構(gòu)體系，樓層由木梁，木樓板構(gòu)成，屋架采用西式屋架，如豪式屋架、弧形屋架等。盡管各種屋架外形不同，但結(jié)構(gòu)的受力特征符合三角形穩(wěn)定原理，桿件以軸力為主要內(nèi)力，在力學(xué)性能上優(yōu)于以垂直受力為特征的中國(guó)傳統(tǒng)抬梁式和穿斗式木結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)更大的建筑空間(見圖1)。磚(石)木混合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用最廣泛，它的出現(xiàn)貫穿于中國(guó)近代建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的全過(guò)程。

圖1 青島海軍俱樂部舊址木屋架現(xiàn)狀

1.2 磚(石)墻鋼骨混凝土混合結(jié)構(gòu)

磚石鋼骨混凝土在中國(guó)的應(yīng)用約始于19世紀(jì)末、20世紀(jì)初。該結(jié)構(gòu)依然主要由墻體來(lái)承擔(dān)豎向荷載，與磚(石)木混合結(jié)構(gòu)的木制樓層不同，磚(石)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)樓板采用工字鋼及混凝土等材料。國(guó)內(nèi)學(xué)者李海清在《中國(guó)建筑現(xiàn)代轉(zhuǎn)型》中描述過(guò)它的構(gòu)造方式，鋼骨混凝土樓板以工字鋼為梁，工字鋼平行排列形成密肋(密肋間距為1.5 m左右)，相鄰工字鋼之間以弧形鐵板或鋼板搭接，或者采用磚砌拱或平拱，上面再澆筑混凝土，最上層敷設(shè)需要的樓面面層(見圖2)。此種結(jié)構(gòu)技術(shù)在當(dāng)時(shí)處于不成熟階段，鋼與混凝土的結(jié)合方式?jīng)]有充分發(fā)揮材料的力學(xué)性能，導(dǎo)致鋼材大量浪費(fèi)。因此，磚石鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與磚木結(jié)構(gòu)相比較少，即使使用該結(jié)構(gòu)也僅僅是部分的，建筑仍以磚(石)木混合結(jié)構(gòu)為主。

圖2 鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)四種構(gòu)造

1.3 磚(石)墻鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)

磚石墻鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)采用磚砌墻體來(lái)承擔(dān)豎向荷載。該結(jié)構(gòu)技術(shù)的特征主要體現(xiàn)在樓層，過(guò)梁，圈梁等水平結(jié)構(gòu)體系、樓梯以及基礎(chǔ)均采用鋼筋混凝土這樣的新材料。磚墻鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)的樓層結(jié)構(gòu)主要有以下兩種構(gòu)造方式:一種是水平結(jié)構(gòu)圈梁部分采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，樓面采用傳統(tǒng)的做法，豎向荷載由磚墻承受。另一種是梁、樓板等水平受力構(gòu)件均由鋼筋混凝土制成(見圖3)。

圖3 海軍俱樂部舊址地下室鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

兩者相比，第一種是新舊技術(shù)聯(lián)合使用，能更充分地體現(xiàn)出兩種技術(shù)之間的過(guò)渡階段的“混合”特征，并且在鋼材較為稀缺的年代，此種做法在節(jié)約資源方面具有重大意義。后者的結(jié)構(gòu)相對(duì)單一，梁、板均采用清一色的新材料。鋼筋混凝土較木材耐火、耐腐蝕、力學(xué)性能更優(yōu)越，使得建筑壽命有較大的提高，空間跨度限制較少。該結(jié)構(gòu)類型在現(xiàn)今的3層～4層民用建筑中仍得到廣泛應(yīng)用。

2 從案例看近代建筑結(jié)構(gòu)混合模式

上文闡述了中國(guó)近代建筑結(jié)構(gòu)的三種基本類型，但是由于中國(guó)地域廣大，近代中國(guó)又處于半殖民地半封建社會(huì)，各地區(qū)材料的地域性，施工技術(shù)和能力，現(xiàn)實(shí)情況等的差異導(dǎo)致三種基本結(jié)構(gòu)類型在近代建筑中的應(yīng)用有時(shí)不是獨(dú)立的，完整的，而是聯(lián)系的，不完全的。中國(guó)近代建筑結(jié)構(gòu)往往呈現(xiàn)出“混合”狀態(tài)。以下將以兩個(gè)建筑實(shí)例來(lái)說(shuō)明近代建筑的混合特點(diǎn)。

2.1 案例一:磚木與鋼骨的混合

關(guān)東軍陸防副司令官邸舊址建于1900年，由沙俄建造。1904年，日俄戰(zhàn)爭(zhēng)以俄國(guó)的戰(zhàn)敗結(jié)束后，該地區(qū)由日本接手。該建筑為地上2層、局部半地下1層的混合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

具體特點(diǎn)如下:該建筑為俄式宮廷建筑，在建筑結(jié)構(gòu)上采用了磚(石)墻鋼骨混凝土與木結(jié)構(gòu)的混合。該建筑的1層以上為典型的磚(石)木混合結(jié)構(gòu)。承重結(jié)構(gòu)的墻柱等材料為粘土磚，由于部分區(qū)域內(nèi)墻體均未抹灰，可知砌筑時(shí)采用青磚及紅磚混合砌筑。屋頂為木屋架結(jié)構(gòu)，樓層采用木制主梁和密肋木梁共同承托木板樓面的梁板形式。

半地下室的部分區(qū)域采用木結(jié)構(gòu)柱梁板形式。而另一部分采用鋼梁—弧形拱素混凝土砌體結(jié)構(gòu)形式。該結(jié)構(gòu)形式由工字鋼平行布置形成密肋，兩端擱置于厚重的石墻之上。相鄰工字鋼的下翼緣上設(shè)有弧形鋼板，上面澆筑混凝土，上部荷載通過(guò)弧形板以側(cè)推力的形式傳遞至工字鋼，充分發(fā)揮工字鋼的效能(如圖4所示)。

圖4 關(guān)東軍陸防副司令官邸舊址鋼骨混凝土樓板現(xiàn)狀

2.2 案例二:磚木與磚(石)墻鋼筋混凝土的混合

林園三號(hào)樓，又稱馬歇爾公館，始建于1943年，1944年完工。

該結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn):

該建筑為2層磚木混合結(jié)構(gòu)，1層主體為磚、混凝土混合承重結(jié)構(gòu)，外墻體為230厚磚墻(青磚200+抹灰厚30)，承重柱均為磚柱，部分區(qū)域青紅磚混合砌筑(如圖5所示)。山墻為230 mm厚紅磚墻，2層外墻體由240 mm厚紅磚砌至窗臺(tái)處，外墻窗臺(tái)上部以及內(nèi)隔墻均為60 mm厚的夾板墻。夾板墻墻薄質(zhì)輕，能減小下部承重構(gòu)件的負(fù)荷，并且使整個(gè)建筑呈現(xiàn)出上輕下重的狀態(tài)，重心降低有利于建筑的整體穩(wěn)定。2層外墻墻體的構(gòu)造方式體現(xiàn)了新技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的結(jié)合。

圖5 馬歇爾樓1層墻和柱情況

2層建筑室內(nèi)樓層采用木梁板結(jié)構(gòu)，而走廊樓板為預(yù)制混凝土樓板，兩側(cè)分別搭接在磚墻和鋼筋混凝土梁上，鋼筋混凝土梁兩端分別擱置于磚墻和磚柱之上(見圖6)。在磚(石)木混合結(jié)構(gòu)中混入磚(石)墻鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)的技術(shù)元素，合理利用材料的性能及經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短。從鋼筋混凝土梁的剖面圖可以看出，不同于早期的扁長(zhǎng)矩形截面鋼條，鋼筋截面變小，布置更為合理，與現(xiàn)代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)更接近。由此可見，近代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展是一個(gè)鋼筋用量變小，設(shè)計(jì)更合理，材料使用效率不斷提高的過(guò)程。

圖6 鋼筋混凝土梁剖面示意圖

房屋屋架采用西式屋架，單榀屋架是在三角形結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上逐步增加二元體而形成的，這樣的結(jié)構(gòu)形式保證了屋架在豎直方向的穩(wěn)定性(見圖7)。屋架之間設(shè)有垂直支撐，從而提高了屋架的抗側(cè)能力，使整個(gè)屋蓋擁有足夠的空間剛度。組成屋架的各桿件以軸向受力為主，受力方式更合理，使屋架具有較高承載能力，實(shí)現(xiàn)更大室內(nèi)空間。

圖7 馬歇爾公館屋架現(xiàn)狀

以上案例中的建筑主體均以磚木混合結(jié)構(gòu)為主并局部結(jié)合了鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以及中國(guó)傳統(tǒng)建筑的結(jié)構(gòu)元素，體現(xiàn)出了“混合”特征。

3 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)近代建筑結(jié)構(gòu)向現(xiàn)代式建筑的演變是一種由突變到漸變?cè)儆蓾u變到轉(zhuǎn)型的過(guò)程。西方結(jié)構(gòu)技術(shù)的導(dǎo)入使近代建筑發(fā)生了從傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)到墻體承重的磚(石)木混合結(jié)構(gòu)的突變。隨著人們對(duì)建筑功能要求的提高以及新材料等因素的出現(xiàn)，近代建筑向磚(石)鋼骨混凝土混合結(jié)構(gòu)以及磚(石)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，這個(gè)過(guò)程是局部的、聯(lián)系的、不完全的、漸變的。處于這些漸變階段的建筑往往呈現(xiàn)出一種混合的特征。

［1］ 石曉夏.中東鐵路建筑近代化探索［D］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2015.

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［3］ 彭長(zhǎng)歆.廣州近代建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展概況［J］.建筑科學(xué)，2008(3):144-149.

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On analysis of mixed structural types in modern buildings in China

Du Chaofeng Xi Jianglin Sun Wei

(PLA University of Science and Technology，Nanjing 210007，China)

The paper introduces the three basic structural types of the modern buildings in China，including the brick-wood mixed structure，brick-steel-reinforced concrete structure，and brick steel-reinforced mixed structure，and explores the evolution of modern buildings and the complexity of the mixture，so as to provide some idea for the design of modern architectural structures.

modern building，mixed structure，wall，roof

TU318.1

A

1009-6825(2016)35-0056-03

2016-10-09

都超鋒(1991-)，男; 奚江琳(1969-)，女，副教授; 孫 威(1981-)，男，講師